Штучний інтелект і розумні датчики: як в Україні "підключають" біонічні протези для ветеранів
.
Війна, розвʼязана Росією проти України, триває уже понад десять років. Через це в Україні значно побільшало людей з ампутаціями – це, зокрема, ветерани, які втратили кінцівки на війні. Загалом же мовиться про десятки тисяч людей – за даними на кінець 2023 року, через війну в Україні мали ампутацію 40 000 осіб.
За час великої війни зʼявилися стартапи, що займаються розробкою біонічних протезів. У розробці програмного забезпечення для протезів їм допомагають великі IT-компанії. Один із прикладів такої співпраці – це стартап Allbionics та команда з IT-компанії GlobalLogic, що створює софт для протезів.
24 Канал поговорив з Віталієм Шейком, інженером та менеджером Healthcare проєктів GlobalLogic, про роботу над протезами, а також про те, як вони "підключаються" до тіла та про майбутнє протезування.
Чим відрізняються біонічні протези від звичайних
Інженери GlobalLogic працюють над створенням програмного забезпечення для біонічних протезів. Щомісяця такі протези встановлюють 50 – 70 пацієнтам в Україні. Наразі найпоширенішим рішенням для заміни втрачених кінцівок є механічні протези. Вони не поєднуються з нервовою системою людини, а їхня конструкція – це шарніри та пружини, що дозволяють виконувати базові рухи.Сучасні механічні протези створюють з вуглеволокна й титанових сплавів, а також компоненти друкують на 3D-принтерах. Наступний крок в еволюції протезів – біонічні, що мають біоелектричну кисть, плату управління та сенсори, що вловлюють мʼязові імпульси. Це дає змогу пацієнтові контролювати рухи протеза за допомогою застосунку.
До теми "Механічний протез керує тобою, біонічним керуєш ти": GlobalLogic про українські розробки
Які існують протези та як ними керувати
Основний напрямок Allbionics – це протези рук, зазначає Віталій Шейко. Зараз стартап робить протези лише для рук, адже ампутація ніг – інша процедура, і наразі в стартапі не готові працювати над протезами нижніх кінцівок.
Протез руки / Фото GlobalLogic
Кожен випадок ампутації – унікальний, додає інженер, адже це різні характери травм та різна кількість мʼязів, що залишилися у людини.
Після загоєння ран виходить так, що мʼязи, що залишилися, по-різному реагують. В цьому і є складність виготовлення протезів – кожен протез індивідуальний.
Коли ампутація медична, тобто через операцію людині вимушено видаляють руку чи ногу, то це відбувається дуже акуратно. Лікарні намагаються зберегти максимальну кількість мʼязів і решти, щоб потім зберегти працездатність людини. У нашому ж випадку – це ампутація під час сильної травми внаслідок розриву снарядів або накладання турнікетів. Існує турнікетний синдром, коли пережимають кінцівку, і, на жаль, виходить так, що зупиняється кровообіг, і людина втрачає руку дуже високо,
– пояснює інженер.
Ще одна складність у розробці протеза – це створення такої штучної кінцівки, яка буде повноцінно підходити людині, щоб людина могла нею користуватися, додає Віталій Шейко.
Як біонічний протез "підключають" до людини
Користування біонічним протезом залежить від тої кількості м'язів, які залишилися, і наскільки вони дієві, пояснює інженер: "Тобто могли м'язи залишитися, але вони настільки пошкоджені, що людина не може ними керувати або їх взагалі немає".
Основа біонічних протезів, над якими працює Allbionics, – FSR-сенсори, або ж датчики тиску. Вони реагують на скорочення м'язів. Також є електромагнітні сенсори, які вловлюють електричні сигнали у тілі від виконання рухів.
До теми Як обрати протезне підприємство
Є капсула, яка одягається на куксу, і по контуру цієї капсули є сенсори. Вони прилягають до м'язів, і коли м'язи скорочуються, протез отримує сигнали, що йде скорочення м'язів, протез отримує їх і виконує певну дію. Протез може виконувати до 15 рухів, але зазвичай 3 – 4 рухи – це основні, а всі інші – це додаткові. Тобто людина може собі запрограмувати основні рухи та додаткові, які буде використовувати,
– пояснює Шейко.
Основні рухи, за словами інженера, – це взяти чашку, картку, вхопити предмет. Але людина може сама налаштувати рухи, які найчастіше використовує, через застосунок.
Також є зашиті у програму рухи. А при подачі заявки на протезування пацієнт заповнює інформацію про себе, завантажує фото. При розробці протеза фахівці комунікують з людиною щодо розробки штучної кінцівки.
Читайте також Руку відтяли одразу: історія бійця, який з протезом повертається на фронт
Окрім цього, є застосунки Human-Machine Interface (HMI) app для мануфактурингу та для налаштування протеза під людину. За допомогою програмного продукту спеціаліст може налаштувати протез відповідно до якості сигналів від сенсорів.
Деякі сенсори можуть давати чіткий сигнал, інші, своєю чергою, сигнали з шумом або не чіткі, оскільки травматизм від поранення досить великий і впливає на типи сигналів. Сенсори можна вимикати чи вмикати, налаштовуючи протез під людину. Також є тренінговий застосунок, де пацієнт може навчитися керувати штучною рукою.
У нас є вправи, які можна зробити за 15 – 20 хвилин. Людина починає розуміти, як рука працює, які м'язи треба використати, щоб виконати жест. Зрозуміло, що це все потім має напрацьовуватися годинами, але першопочатково людина вже може розуміти, як керувати протезом,
– каже співрозмовник.
Чим більше часу пацієнт може використати на тренування і розуміння свого тіла та його реакцій, тим швидше він опанує протез, каже Віталій. Але це не година і не дві.
"Це як навчитися керувати дронами. Тобі треба взяти пульт в руки та вкласти купу часу, щоб навчитися літати. Так і тут", – додає інженер.
Також Allbionibcs супроводжує та навчає пацієнтів. Окрім того, треба налаштовувати протез, оскільки у людей з ампутаціями з часом змінюється стан мʼязів, тиск від них мінімізується або зникає.
Як використовується штучний інтелект у протезах
Паралельно команда з GlobalLogic працює над машинним навчанням. Це модель, яка фільтрує сигнали від сенсорів.
Сигнали різні, вони можуть бути слабкими, можуть бути дуже сильними або зашумленими. І якраз ця модель покликана відфільтрувати їх,
– зазначає інженер.
Команда вже створила першу ітерацію моделі машинного навчання, зараз інженери збирають дані для її покращення. "Будь-яка модель машинного навчання може працювати тільки на основі бази даних, на яких вона має навчитися. Тому ця річ ще у нас в процесі доробки та навчання", – додає Віталій Шейко.
Як залучено команду GlobalLogic
Протези – не основний напрямок роботи GlobalLogic, і не є фінансовим проєктом для компанії, наголошує Віталій. Розробкою протезів для українських воїнів займається стартап Allbionics, а айтівці працюють над софтом.
Команда, що працює над протезами / Фото GlobalLogic
Зі сторони команди у нас в певний момент було 10 – 15 людей – тоді була дуже активна розробка. А зараз у нас близько чотирьох фахівців. Наразі ми розробляємо мобільний додаток, який буде включати в себе конфігураційну менеджментну систему і тренувальну систему (Training Application System). Це допоможе людям зручніше керувати протезом зі смартфона або планшета,
– зазначає інженер.
Яким буде майбутнє протезів
Тренди на ринку протезів дуже швидко змінюються, каже співрозмовник. Взагалі саме війни спонукають розвиток протезування.
Після Першої світової війни були розроблені найпримітивніші прості протези. Після Другої світової війни почали розроблятись механічні протези та, як наслідок, наступним поколінням таких стали сучасні біонічні,
– пояснює свою візію інженер.
Віталій Шейко / Фото GlobalLogic
На думку Шейка, далі розвиток протезів рухатиметься в напрямку електроніки – створюватимуться нові технології, нові типи сенсорів, які зможуть більш якісно зчитувати сигнали. Можливо, вони навіть будуть якось інтегруватися в людські організми – на кшталт чипів, які імплантуються до мозку, підсумовує інженер.